论文是科研产出的主要形式之一,论文数量可在一定程度上反映研究规模的大小。

2004–2013年,世界材料科学WoS论文总量近110万篇,以7.0%的年均增长率逐年增长,从2004年的约7.9万篇增至2013年的约14.5万篇。同期,中国材料科学WoS论文数以17.3%的年均增长率快速增长,从2004年的约1.01万篇增至2013年的约4.25万篇,增长超过3倍（图1,表1）。

这10年间,中国材料科学WoS论文总数为24.0万篇,占同期世界本领域论文总数的22.0%;在前后两个5年期,中国材料科学WoS论文数的世界排名从第2位上升至第1位,世界份额也从16.7%增至25.8%。自2009年起,中国材料科学WoS论文总数超过美国而稳居世界第一位;2009–2013年,美国、日本、德国分别排名世界第2、第3和第4位（图1,表1）。

论文的被引频次是反映科研成果受关注程度和影响力的基本指标,本文采用论文的总被引频次、篇均被引频次和相对引文影响（RCI）²(² 注：相对引文影响（relative citation impact, RCI）指标表示某国在某领域发表论文的篇均被引频次与世界该领域论文的篇均被引频次之比。该指标用以测度一个国家（机构或领域）的论文在世界的相对影响力。RCI指标大于（小于）1,表示该国该领域的论文在给定时期的影响高于（低于）世界该领域论文的平均影响;RCI等于1,表示该国该领域论文影响与世界该领域的影响相当。)这三个指标,分别测度一个国家论文学术影响力的整体状况、平均状况以及与世界平均水平相比的相对状况。

从材料科学WoS论文的总被引频次来看,2004–2013年,美国总被引频次的世界份额为33.7%,居世界首位;中国的世界份额为16.8%,排名世界第2位。中国材料科学WoS论文被引频次在前后两个5年期的世界份额增长了近一倍,从12.8%上升到23.2%,与美国的差距显著缩小（图2,表2）。

从材料科学WoS论文的篇均被引频次来看,2004–2013年及其前后两个5年期,中国材料科学领域论文的篇均被引频次分别为12.5次/篇、18.5次/篇和9.6次/篇,均低于同期世界均值,更低于美国、英国和德国。但从后一个5年（即2009–2013年）的数据看,中国与上述几个国家的差距在缩小（表3）。

从材料科学WoS论文的相对引文影响来看,2004–2013年间的后5年与前5年相比,中国、美国、德国和日本的相对引文影响均呈上升态势,但中国的RCI值仍低于同期世界均值（即RCI=1）,更低于美国、英国和德国。此外,比较相关国家材料科学WoS论文的相对引文影响与论文规模的变化趋势可见,中国的RCI值提升幅度低于论文规模的增长幅度,德国的RCI值提升幅度超过其论文规模的增长幅度,英国的RCI值则略有下降（图3,表1）。

学术界通常将论文被引频次居本领域世界前1%的论文作为高被引论文,简称“Top1%高被引论文”,它们可在一定程度上代表高质量的科研成果,也用以衡量卓越科学研究的产出。一国获得某领域Top1%高被引论文的世界份额越高,表明该国在该领域的高水平科研成果越多,科研实力越强。

2004–2013年,美国材料科学领域Top1%高被引论文数的世界份额为48.5%,排名世界第1位,中国、德国、英国和日本分列第2至第5位,世界份额分别为18.0%、10.9%、8.5%和7.5%（表4）。

这10年间,中国材料科学领域Top1%高被引论文数增长迅猛,从2004年的46篇增长至2013年的446篇,增长了近9倍。比较2004–2013年的前后两个5年期,中国材料科学领域Top1%高被引论文数所占世界份额从8.2%提升至25.0%,与美国的差距也显著缩小（表4）。

在全球化时代,国际合作日益成为各国促进科技发展的重要手段之一。本文引入社会网络方法,通过构建材料科学领域主要国家国际合作论文的关联网络并结合整体中心度的定量分析,揭示主要国家国际合作对象的广泛程度及其在全球合作网络中的地位和作用。

2004–2013年,材料科学领域在全球范围内呈现出国际合作更加广泛、国家间合作强度不断加强的发展态势。图4和图5分别展现了不同年份主要国家材料科学领域论文的国际合作网络,图中的节点表示国家,节点的大小表示论文数的多寡,节点间连线及粗细表示国家间的合作关系及强弱（图4、图5）。

在相同的合著论文数阈值下,2004年,美国、英国、德国和法国处于合作网络的核心区域（红色点）,是其他国家的主要合作对象;2013年,中国、日本、意大利、西班牙等国也进入国际合作网络核心区域（红色点）。2013年与2004年相比,材料科学领域的国际合作网络呈现出更加密集的特征,表明有更多国家参与该领域的合作研究（图4、图5）。

整体中心度用以测度各国在国际合作中合作对象的广泛程度及其在全球合作网络中的地位。一国的整体中心度值越接近于1,表明与该国合作的国家越多,该国在合作网络中的作用也越大。

2004–2013年,主要国家的整体中心度普遍提升。美国是其他国家最主要的合作对象,其整体中心度始终居世界首位,英国和法国分别稳居第2位和第3位（表5）。中国的整体中心度大幅提升,世界排名从第20位上升至第4位,表明这10年间中国在材料科学领域的合作对象增多,在全球合作网络中的地位加强,且已进入国际合作核心国家之列。

本文将国际合作论文定义为署名国家超过一个的论文,自主研究论文界定为署名只有一个国家的论文。对于既定国家而言,国际合作论文与自主研究论文构成了该国的全部论文,且两者的份额关系是此消彼长的,即国际合作论文份额的上升会引起自主研究论文份额的下降。在基于WoS论文的国际合作分析中,某国国际合作论文与自主研究论文的份额可以揭示其国际合作与自主研究工作的相对强度。

2004–2013年,欧洲研究区的许多国家在材料科学领域的国际合作论文份额均超过50%,高于本国的自主研究份额;而美国、日本、中国等国仍以自主研究为主。这10年间的前后两个5年期相比,许多国家在材料科学领域的国际合作研究均呈增强态势,英国、美国、日本、德国和中国的材料科学国际合作论文份额分别增长8.9、7.6、7.0、3.5和2.3个百分点（表6）。

总体来看,国际合作有助于提高本国材料科学WoS论文的影响力,只有美国是个例外。2004–2013年,在本文所涉及的所有国家中,美国的材料科学领域自主研究论文高于其国际合作论文的影响力,即其自主研究论文的篇均被引频次（28.9次/篇）高于其国际合作论文的篇均被引频次（25.7次/篇）。相比之下,其他各国在材料科学领域开展国际合作均有助于提升其国家科学论文的影响力。中国的材料科学领域国际合作论文篇均被引频次（18.4次/篇）高于其自主研究论文的篇均被引频次（11.0次/篇）。德国、日本、英国、法国等国也有类似特征（表8）。

国际合作还有助于中国在材料科学领域产生高影响力的论文。2004–2013年,中国材料科学Top1%高被引论文的国际合作论文份额为44.8%,远高于中国该领域所有论文的国际合作论文份额（20.3%）。其他国家的Top1%高被引论文的国际合作论文份额也不同程度高于其在材料科学领域所有论文的国际合作论文份额（表6、表7）。

中国在材料科学领域合作最多的前5个国家是美国、日本、德国、澳大利亚和英国。2004–2013年,美国与中国在材料科学领域的合作论文数占中国该领域国际合作论文总数的27.0%。2009–2013相较2004–2008年,中国与美国、英国、澳大利亚、新加坡的合作进一步加强,其中与美国、澳大利亚合作的论文份额增幅较大;与日本、德国、法国、韩国合作论文份额有所下降（表9）。

各分支领域SCI论文规模和影响力很大程度上可反映该学科整体发展态势的基本特征。

2004–2013年,材料科学20个分支学科领域世界论文数及增长速度差距较大。从论文规模看,占材料科学领域论文总数的份额超过15.0%的前3个分支领域是：材料制备与加工（27.4%）、纳米材料（21.7%）和信息功能材料（15.7%）;在5.0%~15.0%之间的10个分支领域是：先进碳材料、新能源材料、生物医用材料、复合材料、通用高分子材料、磁性材料、催化材料、计算材料学、生态环境材料和钢铁材料;低于5.0%的7个分支领域是：传统无机非金属材料、轻合金材料、亚稳材料、智能与仿生材料、先进陶瓷材料、超硬材料和高温合金材料。从发展速度看,这20个分支领域中以高于材料科学总体论文数年均增长率（7.0%）增长的有下述9个学科领域：纳米材料、先进碳材料、生物医用材料、催化材料、新能源材料、生态环境材料、智能与仿生材料、复合材料以及计算材料学（图6,表10）。

表11展示了2004–2013年主要国家材料科学各分支领域的论文数及其占世界相应份额（即学科贡献率⁴(⁴ 学科贡献率指某国各分支领域论文数（或被引频次）占世界相应分支领域论文数（或被引频次）的份额,即学科贡献率指标,可用以揭示该国在各分支领域对世界的贡献率,分析该国材料科学的学科布局。)）,表12则列出这10年间的前后两个5年期主要国家各分支学科领域论文数的世界份额排名变化情况。

2004–2013年,中国材料科学各分支领域论文数的学科贡献率普遍大于其他国家/地区,其中15个分支领域学科贡献率超过了20%,从高至低分别是：轻合金材料、催化材料、复合材料、钢铁材料、先进陶瓷材料、纳米材料、材料制备与加工、先进碳材料、生态环境材料、智能与仿生材料、通用高分子材料、高温合金材料、亚稳材料、超硬材料和磁性材料,另外5个学科贡献率低于20%的分支领域由高及低分别是：生物医用材料、新能源材料、信息功能材料、计算材料学和传统无机非金属材料（表11）。在这10年间的前后两个5年期,虽然中国排在世界前5位的分支领域均为轻合金材料、催化材料、复合材料、先进陶瓷材料和钢铁材料,但催化材料从第一个5年期的第5位上升至第二个5年期的第2位,钢铁材料从第4位下降为第5位,其他排名不变（表12）。

2004–2013年,美国材料科学的各分支领域中,有8个分支领域的学科贡献率高于20%,由高及低分别是：计算材料学、生物医用材料、先进碳材料、纳米材料、智能与仿生材料、新能源材料、信息功能材料、催化材料,有12个分支领域的学科贡献率低于20%,从高至低包括：超硬材料、磁性材料、亚稳材料、通用高分子材料、复合材料、生态环境材料、材料制备与加工、传统无机非金属材料、高温合金材料、钢铁材料、轻合金材料和先进陶瓷材料（表11）。

2009–2013年,美国学科贡献率排名前5位的分支领域为：计算材料学、智能与仿生材料、生物医用材料、先进碳材料和纳米材料;日本和德国前5位的分支领域布局相似,都有超硬材料、新能源材料、磁性材料和信息功能材料。美国、德国、英国、法国和意大利的计算材料学均排在本国材料科学分支领域的首位（表12）。

图7至图18展现了12个主要国家材料科学各分支领域由论文数所体现的学科布局及其贡献率大小。每个国家各分支领域间的连线所包围的面积越大,表示该国在国际上科学产出的贡献越大（如果采用论文被引频次为指标,则连线所包围的面积越大,其影响力就越大）。如图所示,中国与美国等科技发达国家在材料科学领域表现出相对均衡又各有特点的学科结构。中国与美国在20个分支领域的学科贡献率普遍大于英国、德国、法国和日本等国。同期的印度也表现出较为均衡的学科结构。